CH622582A5 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Drehkolbenmaschine, mit einem zylinderartigen Gehäuse und einer in der Zylinderachse liegenden Welle.

Bei den bekannten Drehkolbenmaschinen, z.B. CH-PS 338 326,369 623, US-PS 3 108 578, 3 246 835,

3 288 121, GB-PS 961 872 und 1 000 418, haben die Arbeitsräume eine sichelartige Form und die Kolben führen teilweise abrollende Bewegungen aus, was die Abdichtung sehr erschwert und fast unüberwindliche Probleme stellt.

Es stellte sich daher die Aufgabe, eine Drehkolbenmaschine mit Arbeitsräumen zu schaffen, die ein relativ günstiges Verhältnis zwischen Volumen und Oberfläche aufweisen und gut abgedichtet sind. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch eine Drehkolbenmaschine, welche die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmale aufweist.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 einen Vertikallängsschnitt durch die Drehkolbenmaschine,

Fig. 2 einen Horizontalschnitt nach der Linie II-II in Fig. 1 durch die Drehkolbenmaschine, jedoch mit einem Schnitt durch die Zungen zweier Drehkolben,

Fig. 3 einen Querschnitt nach der Linie HI-III in Fig. 1, mit Sicht auf die Mitnehmerscheibe,

Fig. 4 einen Querschnitt nach der Linie IV-TV in Fig. 1, mit Sicht auf die Kolbenhebel,

Fig. 5 einen Querschnitt nach der Linie V-V in Fig. 1, mit Ansicht der Drehkolben,

Fig. 6 eine Ansicht des Drehkolbens mit der äussern Hohlwelle, quer zur Achse,

Fig. 7 einen Grundriss zu Fig. 6,

Fig. 8 eine Ansicht des Drehkolbens für die mittlere Hohlwelle, quer zur Achse,

Fig. 9 eine Ansicht des Drehkolbens für die innere Hohlwelle, quer zur Achse,

Fig. 10 den Drehkolben der Fig. 9 mit Aussparungen für die Dichtungselemente, in der Achsrichtung gesehen,

Fig. 11 denselben Drehkolben mit angebrachten Dichtungselementen, in der Achsrichtung gesehen,

Fig. 12 einen Schnitt durch die Innendichtung nach der Linie XII-Xn in Fig. 11, in grösserem Masstab,

Fig. 13 einen Grundriss zu Fig. 12,

Fig. 14 einen Schnitt durch die Aussendichtung nach der Linie XIV-XIV in Fig. 11, in grösserem Masstab,

Fig. 15 einen Seitenriss zu Fig. 14,

s

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

622582

Fig. 16 eine Draufsicht auf die Dichtung der Fig. 14,

Fig. 17 eine Stabdichtung,

Fig. 18 einen Querschnitt durch dieselbe,

Fig. 19 bis 22 schematisch die Verstellung der Drehkolben zueinander, bzw. voneinander durch die Mitnehmerscheibe, und

Fig. 19a bis 22a schematisch das Viertaktverfahren eines Drehkolbenverbrennungsmotors.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Drehkolbenmaschine weist ein leicht herstellbares, zylinderartiges Gehäuse 5,18-21 auf, in dessen horizontal liegender Achse eine Antriebswelle 1 montiert ist. Die Drehkolbenmaschine ist als Viertaktmaschine vorgesehen und nach den Fig. 19a bis 22a als Verbrennungsmotor ausgebildet. Das Gehäuse 5, 18-21 begrenzt mit einem Mantelteil 18, einer innern Druckwand 19 und einer Aussen-stirnwand 21 einen zylindrischen Rotationsraum. In diesem sind drei sektorartige Drehkolben 15,16,17 in ihrer Laufrichtung um die Antriebswelle 1 hintereinander untergebracht, die zueinander periodisch ändernde Winkelgeschwindigkeiten aufweisen. Die zwischen den Drehkolben 15, 16, 17 verbleibenden Arbeitsräume (Fig. 19-22) werden infolge der periodisch ändernden Winkelgeschwindigkeiten vergrössert und verkleinert, entsprechend dem Arbeitsvolumen bekannter Kolbenmotoren.

Die Antriebswelle 1 trägt einen Exzenternocken la, auf den ein Radialkugellager 2 gesteckt ist. Der Aussenring desselben sitzt in einer Ausdrehung einer Mitnehmerscheibe 3, die an ihrem Flansch mit einer Innenverzahnung 3a versehen ist. Diese greift in die Verzahnung 4a eines Ritzels 4, das koaxial zur Antriebswelle 1 an der getriebeseitigen Stirnwand 5 festgeschraubt ist (Fig. 1). Das Zentrum der Mitnehmerscheibe 3 ist das Zentrum des Exzenternockens la, weshalb sich die Achse der Mitnehmerscheibe 3 um die Gehäuseachse dreht und die Mitnehmerscheibe 3 sich dabei in der Drehrichtung der Antriebswelle 1 dreht (Fig. 3). In der Mitnehmerscheibe 3 sind drei Mitnehmerbolzen 8,11,14 parallel zur Gehäuseachse drehbar gelagert. Diese sind gleichmässig auf die Mitnehmerscheibe 3 verteilt, so dass sie mit dem Zentrum derselben gleiche Radien bilden und gleiche Winkel (120 Grad) ein-schliessen. Die Mitnehmerbolzen 8,11, 14 weisen vorstehende Köpfe auf, die mit je zwei parallelen Gleitflächen versehen sind. Diese Köpfe greifen je in einen Schlitz eines Drehkolbenhebels 7,10,13, welche Hebel je auf einer der koaxial zur Arbeitswelle 1 liegenden Hohlwellen 6, 9,12 durch Keilnaben befestigt sind (Fig. 1 und 4). Jede dieser drei Hohlwellen 6, 9, 12 ist am entgegengesetzten Ende mit einem der drei Drehkolben 15,16, 17 drehfest verbunden. Diese drei Drehkolben 15, 16,17 weisen Naben mit gleichem Aussendurchmesser auf (Fig. 6, 8, 9). Beim Drehkolben 17 ist die Nabe durch die Hohlwelle 12 gebildet, welche um ein Drittel der Kolbenbreite in den Drehkolben 17 hineinragt. Der Drehkolben 16 ist mit einer Keilnabe 22 ausgebildet, die in der Kolbenmitte liegt und das zweite Drittel der Kolbenbreite beansprucht. Der Drehkolben 15 weist eine Keilnabe 23 auf, deren vorstehender Teil in der Aussenstirnwand 21 (Fig. 1) gelagert ist, während der übrige Teil ein Drittel der Kolbenbreite in den Drehkolben 15 hineinragt. Die Hohlwellen 6, 9 sind mit den Keilnaben 23, 22 drehfest verbunden.

Zur Ermöglichung einer wirksamen Abdichtung ist jeder der Kolben 15, 16,17 gegen seine Nabe 23, 22,12 mit einer Aussparung 24 und radial über der Nabe mit einer Zunge 25 versehen (Fig. 10, 11). Die Aussparung 24 ist zur Aufnahme einer radial nach innen gerichteten Dichtung ausgebildet, während die Zunge 25 sowie der Aussenmantel der Drehkolben zur Aufnahme einer nach aussen wirkenden Dichtung vorgesehen ist. Die nach innen gerichtete Dichtung (Fig. 11, 12,13) weist zwei kammartig ineinander greifende Winkel 26

auf. Die Seitenflansche 27 derselben sind in radialer Richtung formschlüssig in seitlichen Ausnehmungen 29 (Fig. 9,10) der Drehkolben gehalten und werden durch gebogene Blattfedern 30 an die Gehäusewände 19 und 21 gedrückt. Die radial innen liegenden Flansche 28 sind kammartig ausgebildet und der Rundung der Zunge 25 angepasst, so dass ein kleines Spiel zwischen den Flanschen 28 und der Zunge 25 besteht, das durch die an der Zunge 25 vorgesehene, radial nach aussen wirkende Dichtung abgedichtet wird.

Für die Aufnahme der am Aussenmantel des Drehkolbens angebrachte Dichtung (Fig. 14, 15 und 16) ist an der Mantellinie des Drehkolbens eine Nut 31 und beidseitig des Drehkolbens je eine Aussparung 32 vorgesehen (Fig. 9 und 10). In der Nut 31 ist ein zweiteiliger Dichtungsstab 33, 34 verschiebbar geführt (Fig. 16). Beide Stabteile sind zur Hälfte abgesetzt, so dass sie eine in radialer Richtung liegende, gemeinsame Verschiebungsfläche aufweisen, und die Querschnitte der abgesetzten Teile zusammen, dem Querschnitt der äussern Stabenden entsprechen. Die Stabteile 33, 34 weisen in ihrer Längsrichtung eine Bohrung 35 auf, in welcher eine Schraubendruckfeder 36 untergebracht ist, die durch einen Zapfen 37 am Herausfallen gehindert wird. Die Schraubenfeder 36 drückt die beiden Stabenden an die Gehäusewände 19, bzw. 21. Zudem wird der zweiteilige Dichtungsstab 33,34 durch eine gebogene Blattfeder 38 an den Gehäusemantel 18 gedrückt.

In die seitlichen Aussparungen 32 (Fig. 9 und 10) ist je eine der Form einer Kreisverschiebungsfläche entsprechende Dichtung 39 eingeschoben, die durch eine formgleiche, gebogene Blattfeder 40 an die Gehäusewände 19, bzw. 21 gedrückt wird. Beide Dichtungen 39 sind mit einer Nut 41 zur Aufnahme des zweiteiligen Dichtungsstabs 33, 34 versehen (Fig. 15). Die am Aussenmantel des Drehkolbens angebrachte Dichtung entspricht im Prinzip der an der Zunge 25 vorgesehenen Dichtung (Fig. 11). Diese beiden Dichtungen sind durch zwei seitlich am Drehkolben liegende, in Nuten 42 geführte Stabdichtungen 43 miteinander verbunden, wobei die Stabdichtungen 43 in Aussparungen 44 der Dichtungen 39 ragen (Fig. 15). In entsprechender Weise ist die am Aussenmantel des Drehkolbens angebrachte Dichtung durch zwei seitlich am Drehkolben liegende, in Nuten 45 geführten Stabdichtungen 46 verbunden (Fig. 9,10,11). Die Stabdichtungen 43,46 werden durch zickzackartig gebogene Blattfedern 47 an die Gehäusewände 19 und 21 gedrückt (Fig. 17 und 18).

Die Funktionsweise der Drehkolbenbewegungen ist in den Fig. 19-22 schematisch dargestellt. In Fig. 19 liegt die Exzenterachse E oben. Die Innenverzahnung 3a der Mitnehmerscheibe 3 greift daher unten in die Verzahnung 4a des festen Ritzels 4. Während die Mitnehmerbolzen 8,11,14 den gleichen Abstand zur Exzenterachse haben und in gleichen Winkeln um die Achse E liegen, sind die Drehkolbenhebel 7,10, 13 radial zur Gehäuseachse A gerichtet. Die Mitnehmerbolzen 8,11,14 in den Fig. 19-22 sind jedoch, verglichen mit den Fig. 1-4, um 60 Grad verdreht eingezeichnet. Die Mitnehmerscheibe 3 drückt in Fig. 19 mit ihren Bolzen 8,14 die Drehkolbenhebel 7,13 nach oben, so dass die Drehkolben 15 und 17 oben relativ gegeneinander bewegt werden, wobei der zwischen diesen beiden Drehkolben liegende Arbeitsraum auf sein Minimum zusammengedrückt wird. Dieser ist nach Fig. 19 am Anfang des Ansaugens. Der folgende Arbeitsraum zwischen den Drehkolben 15 und 16 wird zusammengedrückt, während der dritte Arbeitsraum zwischen den Drehkolben 16 und 17 expandiert.

Nach Fig. 20 hat sich die Antriebswelle 1 mit dem Exzenter E um 90 Grad gegenüber Fig. 19 gedreht. Der Arbeitsraum zwischen den Kolben 15 und 17 hat sich vergrössert und derjenige zwischen den Kolben 15 und 16 verkleinert, während der Arbeitsraum zwischen den Kolben 16 und 17 sein maximales Volumen erreicht hat.

s

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

622582

4

Die Zähnezahl zwischen der feststehenden Ritzelverzahnung 4a verhält sich zur Zähnezahl der Verzahnung 3a der Mitnehmerscheibe 3 wie zwei zu drei. Bei einer 90 Grad-Drehung der Welle 1 mit dem Exzenter E wälzt sich die Mitnehmerscheibe 3 um 2/3 x 90 = 60 Grad am feststehenden Ritzel 4 ab, so dass sich die Mitnehmerscheibe 3 mit den Drehkolben und den Arbeitsräumen um ca. 90-60 = 30 Grad vorwärts dreht. Bei einer Drehung der Welle 1 um 180 Grad drehen sich daher die Arbeitsräume um 180-120 = 60 Grad entsprechend Fig. 21. Der Arbeitsraum zwischen den Kolben 15 und 16 hat sein kleinstes Volumen angenommen, während sich der Arbeitsraum zwischen den Kolben 16 und 17 wieder verkleinert hat. Nach Fig. 22 hat der Arbeitsraum zwischen den Kolben 17 und 15 sein grösstes Volumen eingenommen.

Bei einer ganzen Umdrehung der Antriebswelle 1 ergibt sich wieder eine Kolbenstellung nach Fig. 19, jedoch mit dem Unterschied, dass der Arbeitsraum zwischen den Kolben 16 und 17 ein minimales Volumen einnimmt. Jeder der drei Arbeitsräume hat sich dann um 120 Grad gedreht. Bei drei vollen Umdrehungen der Antriebswelle 1 dreht sich jeder der Arbeitsräume um 360 Grad.

Bei der Ausbildung der Drehkolbenmaschine als Viertaktverbrennungsmotor nach den Fig. 19a bis 22a erleidet jeder der drei Arbeitsräume bei drei vollen Umdrehungen der Antriebswelle 1 alle vier Takte: Ansaugen - Kompression -s Expansion - Ausstossen. Die Zündung erfolgt nach der Kompression (Fig. 21a).

Die Drehwirkung der Kolben 15,16,17 auf die Antriebswelle 1 bei der Expansion ist aus dem Kräfteplan bei Fig. 22 ersichtlich. Die Kraft Fl des Drehkolbens 16 ergibt mit der io Kraft F2 des Drehkolbens 15 die Resultierende R auf den Exzenter E, wobei ein Drehmoment im Uhrzeigersinn erzeugt wird.

Damit der Ansaugstutzen 47 nicht zu nahe an den Austrittsstutzen 48 gesetzt werden muss (Fig. 19a) sind Einbuchtungen is 49 an den Drehkolben 15,16,17 vorgesehen (Fig. 7).

Wird die Viertaktdrehkolbenmaschine als Saug- oder Druckpumpe, als Kompressor oder als Dampfmaschine ausgebildet, so ergeben sich zwei Einlaufstutzen und zwei Austrittsstutzen.

20 Die beschriebene Drehkolbenmaschine kann mit zwei, drei, vier oder sechs Drehkolben ausgebildet sein.

B

6 Blatt Zeichnungen

Claims (12)

622582

1. Drehkolbenmaschine, mit einem zylinderartigen Gehäuse und einer in der Zylinderachse liegenden Antriebswelle, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (5,18-21) einen Rotationshohlraum umschliesst, in dem mindestens zwei sektorartige Drehkolben (15,16,17) mit zueinander periodisch ändernden Winkelgeschwindigkeiten nacheinander angeordnet sind, so dass sich zwischen den Drehkolben Arbeitsräume bilden, deren Volumen sich periodisch ändern, dass die Antriebswelle (1) einen Exzenternocken (la) trägt, auf dem eine rotierende, mit Innenverzahnung (3 a) versehene Mitnehmerscheibe (3) gelagert ist, welche mit ihrer Innenverzahnung (3a) in ein mit dem Gehäuse (5,18-21) fest verbundenes, zur Antriebswelle (1) koaxiales Stirnrad (4) eingreift, dass die Mitnehmerscheibe (3) Mitnehmerbolzen (8,11, 14) trägt, die mit je einem Drehkolbenhebel (7,10,13) in Wirkverbindung stehen und jeder Drehkolbenhebel (7,10,13) über eine koaxial zur Antriebswelle (1) liegende Hohlwelle (6, 9,12) mit einem der Drehkolben (15,16,17) drehfest verbunden ist, und dass die Drehkolben (15,16,17) nach beiden radialen Richtungen sowie nach beiden Achsrichtungen mit Dichtungen versehen sind.

2. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Viertaktmaschine mit einem Zahnverhältnis zwei zu drei der Aussenverzahnung (4a) des feststehenden Ritzels (4) zur Innenverzahnung (3a) der sich am Ritzel (4) abwälzenden Mitnehmerscheibe (3) ausgebildet ist.

2

PATENTANSPRÜCHE

3. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mitnehmerbolzen (8,11,14) an der Mitnehmerscheibe (3) mit dem Zentrum derselben bei gleichen Radien gleiche Zentriwinkel von 120 Grad einschliessen.

4. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mitnehmerbolzen (8,11,14) in der Mitnehmerscheibe (3) drehbar gelagert sind und mit ihrem Kopf in einem Längsschlitz der Drehkolbenhebel (7,10,13) gleitend stecken.

5. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehkolbenhebel (7,10,13) über die Hohlwellen (6, 9,12) durch Keilnabenverbindungen mit den Drehkolben (15,16,17) drehfest verbunden sind.

6. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Drehkolben (15,16,17) über seiner Nabe (23,22,12) eine Aussparung (24) zur Aufnahme einer Zunge (25) des benachbarten Drehkolbens und auf der Gegenseite die Zunge (25) aufweist.

7. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass an der Aussparung (24) eine radial nach innen gerichtete Dichtung, an der Zunge (25) sowie am Aussenman-tel jedes Drehkolbens (15,16,17) je eine nach aussen wirkende Dichtung vorgesehen ist, und dass die am Aussenmantel angebrachte Dichtung durch seitlich wirkende Dichtungen mit der an der Aussparung (24) sowie an der Zunge (25) liegenden Dichtung verbunden ist.

8. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die an der Aussparung (24) nach innen gerichtete Dichtung zwei Dichtungswinkel (26) aufweist, die mit radial einwärts liegenden, kammartig ineinander greifenden Flanschen (28) und mit beidseitig am Drehkolben (15,16,17) in Ausnehmungen (29) radial gehaltenen, durch gebogene Blattfedern (30) seitlich nach aussen gedrückten Flanschen (27) versehen sind.

9. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die radial nach aussen wirkenden Dichtungen am Aussenmantel des Drehkolbens (15,16,17) sowie an der Zunge (25) derselben mit je einem zweiteiligen Dichtungsstab (33,34) versehen sind, dessen beide Teile an den einander zugekehrten Längsseiten derart abgesetzt sind, dass sie eine gemeinsame Verschiebungsfläche aufweisen, und dass die beiden Stabteile (33,34) unter dem seitlich nach aussen wirkenden Druck einer Schraubenfeder (36) und einer radial wirkenden, gebogenen Blattfeder (38) stehen.

10. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass beidseitig des Drehkolbens (15,16,17) bei den Dichtungsstäben (33,34) je eine, durch eine gebogene Blattfeder (40) nach aussen gedrückte Dichtung (39) vorgesehen ist, die eine Nut (41) zur Aufnahme der Stabteile (33, 34) sowie Aussparungen (44) zur Aufnahme von seitlichen, unter dem Druck einer zickzackförmigen Blattfeder (47) stehenden Stabdichtungen (43,46) aufweist.

11. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Verbrennungsmotor, als Saugoder Druckpumpe, als Kompressor oder als Dampfmaschine ausgebildet ist.

12. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie zwei, drei, vier oder sechs Drehkolben aufweist.